KR101063926B1

KR101063926B1 - 복수탈염시스템 및 복수탈염방법

Info

Publication number: KR101063926B1
Application number: KR1020080110366A
Authority: KR
Inventors: 우민하; 이시창; 이규철; 이상학; 정지웅
Original assignee: 한국중부발전(주)
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2011-09-14
Also published as: KR20100051280A

Abstract

본 발명은 정밀여과기와 전기탈이온장치를 이용하여 복수 중의 이온성분을 제거함으로써 기존 복수탈염설비에서 이온교환수지를 재생함으로 발생되는 교차오염 및 폐액발생을 막을 수 있는 복수탈염시스템 및 처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 주요구성은 본 발명은 복수를 제공받아 유입된 복수 중에 함유되어 있는 비용존성 입상 이물질을 여과하여 제거하는 정밀여과기(10)와; 내부에 농축수가 저장되는 농축수저장탱크(30)와; 상기 정밀여과기(10)로부터 복수를 제공받는 희석실과, 상기 농축수저장탱크로부터 농축수를 제공받는 농축실과, 상기 희석실 및 농축실의 복수 또는 농축수가 전기적으로 탈이온시킬 수 있도록 전기를 공급하는 정류기를 구비하며 제공받은 복수 및 농축수 중의 이온성분을 제거하여 배출하고 농축수는 다시 농축수저장탱크로 배출하는 전기탈이온장치(20)와; 상기 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수를 승압시키는 농축수승압펌프(40)와; 상기 농축수승압펌프(40)에서 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수와 전기탈이온장치(20)에서 배출되는 농축수를 제공받아 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수를 더욱 승압시키는 에너지회수장치(50)와; 전기탈이온장치(20)는 복수 또는 농축수를 수용하여 전기적으로 탈이온시킬 수 있도록 전기탈이온장치(20)에 전기를 공급하는 정류기(21)와; 상기 농축수저장탱크(30)의 농축수 수온을 조절하기 위해 열교환기(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

복수탈염시스템, 정밀여과기, 전기탈이온장치, 농축수저장탱크, 농축수승압펌프, 에너지회수장치, 열교환기

Description

복수탈염시스템 및 복수탈염방법{Condensate polishing system and method thereof}

본 발명은 복수 중에 포함된 금속산화물을 포함하는 비용존성 입상 오염물 및 이온성 오염물을 제거하는 복수탈염시스템 및 복수탈염방법에 관한 것으로, 정밀여과기와 전기탈이온장치를 이용하여 복수를 처리함으로써 기존 혼상식 이온교환수지법을 사용한 복수탈염설비의 단점으로 지적되어온 약품재생에 의한 교차오염 및 다량의 폐수발생을 최소화할 수 있도록 수성되었으며, 특히 기존의 전기탈이온장치의 운전방식과는 달리 농축실 유입수를 희석실 유입수와 완전히 분리하여 운전함으로써 농축실로 공급되는 복수의 손실을 방지할 수 있는 전기탈이온장치를 이용한 복수탈염시스템 및 복수탈염방법에 관한 것이다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 복수탈염방법은 혼상식 이온교환수지법을 사용하여 복수중의 이온을 포함한 오염성분을 제거하는 방법으로 정기적으로 이온교환수지를 화학약품을 이용하여 재생해주어야 한다. 양이온 교환수지는 염산이나 황 산으로 재생하고, 음이온교환수지는 가성소다로 재생한다.

이러한 종래의 복수탈염설비의 이온교환수지를 재생하는 방법은 탑외 재생형 방식으로 교차오염을 방지하기 위해 혼합되어 있는 이온교환수지를 분리하여 재생하며 그 방법에 따라 여려 방식이 있다.

예컨대, 이온교환수지를 분리하는 방법은 역세과정을 통해 비중이 가벼운 음이온교환수지를 비중차를 이용하여 탑 상부로 보내고, 무거운 양이온교환수지는 탑 하부로 침강시켜 분리시키는 것인데, 이러한 단순한 수지분리방법은 양이온교환수지와 음이온교환수지로 어느정도 분리시킬 수 있으나, 양 이종수지간의 경계층 주위에 형성되는 혼합수지층을 완벽하게 분리시킬 수 없는 한계를 가지고 있다. 그 이유는 복수탈염설비를 운영하는 동안 자연적으로 발생하는 파쇄수지에 기인하는데, 상기한 수지분리기술이 수지의 비중뿐만 아니라 수지입자의 크기에도 의존하기 때문에 파쇄된 양이온 교환수지는 양이온교환수지층의 상부에 파쇄된 음이온 교환수지층은 양이온교환수지층의 하부에 밀집 분포하여 혼합층을 형상하기 때문이다. 따라서 역세과정에 세심한 주위를 기울인다 할지라도 음이온교환수지를 별도의 독립된 탑으로 이송할 때 이종수지 경계층에 형성된 혼합층으로 인해 양이온교환수지가 음이온교환수지와 함께 필연적으로 휩쓸려 누출의 원인이 되고, 반대로 양이온교환수지층에 잔존하는 음이온교환수지는 염소이온이나 설페이트이온 등이 누출원이 되었다.

상기한 바와 같은 기존 복수탈염설비의 단점을 극복하기 위하여 전기탈이온장치를 이용한 복수탈염설비가 선출원된 "전기순수장치를 이용한 복수탈염장치 및 방법"(출원번호 :10-2005-34454) 및 "순환펌프가 없는 전기식 순수장치를 이용한 복수탈염장치 및 방법"(출원번호 :10-2005-94502)에서 한단계 진보하여 혼상식 복수탈염설비의 단점인 교차오염과 이온교환수지재생에 따른 재생폐액발생을 최소화하고자 본 발명이 출원되었다. 기존의 전기탈이온장치를 이용한 복수탈염설비는 복수가 희석실과 농축실로 동시에 유입되기 때문에 장치로 유입되는 복수 중 일부가 농축실과 전극수로 빠져나가 복수의 손실이 발생할 뿐만 아니라 이들 복수의 손실을 최소화시키기 위해 농축수를 2차 전지탈이온장치로 재처리하여 복수 인입부로 순환시켜야만 하기 때문에 장치 및 운전이 다소 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 정밀여과기와 전기탈이온장치를 이용하여 복수 중의 이온성분을 제거함으로써 기존 복수탈염설비에서 이온교환수지를 재생함으로 발생되는 교차오염 및 폐액발생을 막을 수 있는 복수탈염시스템 및 처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 농축실 유입수로 복수를 사용하지 않고 유입 복수는 희석실을 통해 처리한 후 전량 계통으로 공급하며, 농축실은 농축수저장탱크 및 승압펌프를 이용하여 별도로 순환하는 방법을 택함으로써 복수의 손실 원인을 원천 제거함은 물론 장치를 단순화할 수 있는 복수탈염시스템 및 처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 복수를 제공받아 유입된 복수 중에 함유되어 있는 비용존성 입상 이물질을 여과하여 제거하는 정밀여과기(10)와; 내부에 농축수가 저장되는 농축수저장탱크(30)와; 상기 정밀여과기(10)로부터 복수를 제공받는 희석실과, 상기 농축수저장탱크로부터 농축수를 제공받는 농축실과, 상기 희석실 및 농축실의 복수 또는 농축수가 전기적으로 탈이온시킬 수 있도록 전기를 공급하는 정류기를 구비하며 제공받은 복수 및 농축수 중의 이온성분을 제거하여 배출하고 농축수는 다시 농축수저장탱크로 배출하는 전기탈이온장치(20)와; 상기 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수를 승압시키는 농축수승압펌프(40)와; 상기 농축수승압펌프(40)에서 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수와 전기탈이온장치(20)에서 배출되는 농축수를 제공받아 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수를 더욱 승압시키는 에너지회수장치(50)와; 전기탈이온장치(20)는 복수 또는 농축수를 수용하여 전기적으로 탈이온시킬 수 있도록 전기탈이온장치(20)에 전기를 공급하는 정류기(21)와; 상기 농축수저장탱크(30)의 농축수 수온을 조절하기 위해 열교환기(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게, 농축수저장탱크(30)의 농축수 수질을 조절하기 위해 농축수정화장치(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게, 전기탈이온장치(20)의 전극수 배출배관에 연결되어 배출되는 전극수를 수용하여 탈기하여 농축수저장탱크(30)로 순환시키는 전극수탈기장치(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복수탈염시스템은 전기탈이온장치를 이용하여 복수 중의 이온성분을 제거함으로써 기존 복수탈염설비에서 이온교환수지를 재생함으로 발생되는 교차오염 및 폐액발생을 막을 수 있는 장점이 있다.

또한, 전기탈이온장치의 운전 방식을 기존의 방법과 달리하여 농축실 유입수로 복수를 사용하지 않고 유입 복수는 희석실을 통해 처리한 후 전량 계통으로 공급하며, 농축실은 농축수저장탱크 및 농축수승압펌프를 이용하여 별도로 순환하는 방법을 택함으로써 복수의 손실 원인을 원천 제거함은 물론 장치를 단순화할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

또한 전기탈이온장치의 농축수의 수온 및 수질을 임으로 조절할 수 있어 운전 효율을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복수탈염시스템에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 복수탈염시스템은 정밀여과기(10), 전기탈이온장치(20), 농축수저장탱크(30), 농축수승압펌프(40), 에너지회수장치(50), 전극수탈기장치(70)를 구비한다.

정밀여과기(10)는 복수를 제공받아 유입된 복수 중에 함유되어 있는 금속산화물 등의 비용존성 입상 이물질을 여과하여 오염원을 제거한다. 정밀여과기(10)는 공극의 크기가 1마이크로미터 이하의 카트리지타입 모듈이거나 또는 중곡사막 모듈을 적용하여 사용하는 것이 바람직하며, 특히 0.1~0.2마이크로미터의 공극을 갖는 중공사 분리막이 바람직하다. 정밀여과기에 의해 입상 이물질 등의 오염원이 제거되면 설비의 오염이나 손상을 방지할 수 있다.

전기탈이온장치(20)는 정밀여과기(10)의 배출배관에 연결되어 정밀여과기를 통과한 복수를 제공받아 복수 중의 이온성분을 제거한다. 전기탈이온장치(20)는 복수 또는 농축수를 수용하여 전기적으로 탈이온시킬 수 있도록 전기탈이온장치(20) 에 전기를 공급하는 각각의 정류기(21)가 구비된다. 이러한 전기탈이온장치(20)는 특허등록된 제10-356235호의 "원통형 전기이온제거장치 모듈"을 적용한 것으로 이에 대한 구조는 생략하기로 한다. 즉, 전기탈이온장치는 전극부와 농축실 및 희석실로 나누어지고 음극과 양극 사이에 희석실과 농축실로 이루어진 한쌍의 Cell pair가 반복적으로 적층된 형태로 이루어지며, 농축수와 처리수의 인입 및 배출배관과 전극수 배출배관이 구비된다.

한편, 정밀여과기(10)의 배출배관에는 배출되는 복수의 탈염정도를 측정하는 계측기(11)가 설치되고, 또한 정밀여과기의 배출배관에는 전기탈이온장치를 거치지 않고 직접 배출시키는 바이패스관(12)이 형성되어 탈염정도가 기준 이하일 때에는 밸브(13,14)들을 제어하여 직접 배출시킬 수 있다.

농축수저장탱크(30)는 전기탈이온장치(20)의 농축수 인입배관을 통해 제공되는 농축수가 저장된다. 전기탈이온장치의 처리수와 농축실에 기존의 방식대로 동시에 복수를 인입할 경우 발생할 수 있는 계통의 복수 손실을 막을 수 있다. 농축수저장탱크의 크기는 농축수 체류시간이 5~30분이 바람직하며, 특히 10~20분의 체류시간을 가지는 것이 더욱 바람직하다.

전기탈이온장치(20)를 거치면서 농축된 농축수는 다시 농축수저장탱크(30)로 순환된다. 이때, 전기탈이온장치(20)의 농축실에 인입되는 농축수의 압력은 희석실 복수의 압력보다 0.5~10kgf/cm² 정도 낮아야 하며, 더욱 바람직하게는 1~5kgf/cm² 낮게 조절하여 주는 것이 바람직하다. 또한, 농축수의 유량은 희석실 유량의 2~10% 의 범위에서 조절해 주며, 더욱 바람직하게는 3~5%가 적절하다.

한편, 농축수저장탱크(30)에서 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수를 승압시키는 농축수승압펌프(40)와, 농축수승압펌프(40)에서 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수와 전기탈이온장치(20)에서 배출되는 농축수를 공급받아 전기탈이온장치에서 배출되는 농축수의 여압을 회수하고, 전기탈이온장치(20)로 공급되는 농축수를 더욱 가압시켜는 에너지회수장치(50)를 구비한다.

또한, 농축수저장탱크(30)의 농축수 수질을 조절하기 위해 농축수정화장치(80)가 구비되며, 농축수의 수질에 따라 운전 및 휴지를 반복한다. 이때 농축수의 수질은 10~10,000㎲/cm가 적절하며, 더욱 바람직하게는 80~1,000㎲/cm가 적절하다. 이러한, 농축수정화장치(80)는 전기탈염장치 또는 역삼투압장치가 사용되는 것이 바람직하다.

그리고, 농축수저장탱크(30)의 농축수 수온을 조절하기 위해 열교환기(60)가 구비되어 농축수 수온에 따라 운전 및 휴지를 반복한다. 농축수의 수온은 10~40℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20~30℃가 적절하다. 일반적으로 복수는 40℃ 이상의 비교적 고온에서 운전되는 것이 일반적이나 희석실로 유입되는 복수의 온도와의 상관없이 농축수의 온도를 조절하여 운전하면 운전 유지의 측면에서 장점을 가질 수 있다. 즉, 희석실과 농축실의 온도차이에 의해 온도확산에 의한 이온제거 효율을 높일 수 있음을 물론, 전기탈이온장치의 내부구성품의 온도에 의한 노화현상을 일정부분 막을 수 있다는 장점이 있다.

전극수탈기장치(70)는 전기탈이온장치(20)의 전극수 배출배관에 연결되어 배 출되는 전극수를 촉매형 또는 분리막형으로 수용하여 탈기한 뒤 농축수저장탱크(30)로 순환시킨다. 전극수탈기장치에 의해 복수탈염시스템에서 발생되는 폐수를 최소화시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 복수탈염방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 처리 대상인 복수를 정밀여과기(10)를 통과시켜 복수에 포함되어 전기탈이온장치(20)의 오염을 유발할 수 있는 금속산화물 등의 입상오염원을 제거하여 한다. 정밀여과기(10)에서 여과된 복수는 전기탈이온장치(20)로 공급된다. 이때 정류기를 통해 전기탈이온장치로 직류전원을 공급하여 복수를 탈이온시켜 계통내로 공급한다.

이와 동시에 농축수승압펌프(40)를 통하여 농축수저장탱크(30) 내에 저장되어 있는 탈염수를 전기탈이온장치(20)의 농축실로 공급하여 복수 중의 이온성분을 농축실에서 농축한다. 이때, 농축수승압펌프에서 배출된 농축수는 에너지회수장치로 공급되어 더욱 높은 압력으로 승압된다. 그리고, 전기탈이온장치(20)에서 농축된 농축수는 에너지회수장치(50)를 거쳐 여압히 회수된 상태에서 다시 농축수저장탱크(30)로 공급된다.

농축수저장탱크(30)에 저장된 농축수는 농축수승압펌프(40)에 의해 전기탈이온장치의 농축실에 순환되기 때문에 복수 중의 이온성분들이 계속 농축됨으로 일정 수질이 이상에서는 전기탈이온장치 또는 역삼투압장치를 이용한 농축수정화장치(80)를 통하여 농축수를 정화해 준다. 이때, 농축수저장탱크(30) 내의 허용수질 은 10~10000㎲/cm이며, 더욱 바람직하게는 10~1000㎲/cm이다. 따라서, 농축수정화장치(80)는 농축수저장탱크 내의 농축수가 허용수질 이내이면 운전되지 않으며, 허용수질을 넘어서면 순환펌프(81)를 통해 운전되게 된다.

또한 농축수의 수온은 열교환기(60)로 조절하며, 열교환기(60)는 농축수저장탱크에 직접 연결되어 운전될 수도 있고, 에너지회수장치(50)의 배출배관에 연결되어 운전될 수도 있다. 농축수저장탱크(30)의 허용온도는 1~40℃이며, 더욱 바람직하게는 20~30℃가 적절하다.

한편, 전기탈이온장치(20)의 전극실을 거쳐 배출되는 전극수는 전극수탈기장치(70)를 통해 탈기된 후 농축수저장탱크(30)로 순환된다. 전기탈이온장치(20)를 통해 나온 전극수는 그 원리상 O₂와 H₂가 용존되어 있으며 이들을 전극수 탈기전이를 통해 탈기하여 농축수저장탱크로 순환된다.

이와 같이 복수를 전기탈이온장치를 이용하여 탈염하는 과정에서 농축수를 복수와는 완전 분리하여 운전함으로써 기존의 운전방법과는 달리 발전계통으로 순환되는 복수의 손실 원인을 제거하고 장치를 단순화함은 물론 농축수를 재생하여 재사용함으로써 용수사용 및 폐수발생을 줄일 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명 을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 복수탈염시스템의 개략도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 정밀여과기 21 : 정류기

20 : 전기탈이온장치 30 : 농축수저장탱크

40 : 농축수승압펌프 50 : 에너지회수장치

60 : 열교환기 70 : 전극수탈기장치

80 : 농축수정화장치

Claims

복수를 제공받아 유입된 복수 중에 함유되어 있는 비용존성 입상 이물질을 여과하여 제거하는 정밀여과기와;

내부에 농축수가 저장되는 농축수저장탱크와;

상기 정밀여과기로부터 복수를 제공받는 희석실과, 상기 농축수저장탱크로부터 농축수를 제공받는 농축실과, 상기 희석실 및 농축실의 복수 또는 농축수가 전기적으로 탈이온시킬 수 있도록 전기를 공급하는 정류기를 구비하며 제공받은 복수 및 농축수 중의 이온성분을 제거하여 배출하고 농축수는 다시 농축수저장탱크로 배출하는 전기탈이온장치와;

상기 농축수저장탱크에서 전기탈이온장치의 농축실로 공급되는 농축수를 승압시키는 농축수승압펌프와;

상기 농축수승압펌프에서 전기탈이온장치로 공급되는 농축수와 전기탈이온장치에서 배출되는 농축수를 제공받아 전기탈이온장치의 농축실로 공급되는 농축수를 더욱 승압시키는 에너지회수장치와;

상기 농축수저장탱크의 농축수 수온을 조절하기 위해 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수탈염시스템.
삭제
제1항에 있어서, 농축수저장탱크의 농축수 수질을 조절하기 위해 농축수정화장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수탈염시스템.
삭제
제1항에 있어서, 전기탈이온장치의 전극수 배출배관에 연결되어 배출되는 전극수를 수용하여 탈기하여 농축수저장탱크로 순환시키는 전극수탈기장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수탈염시스템.
복수를 정밀여과기를 통과시켜 복수 중에 포함된 입상오염원을 여과한 후 전기탈이온장치로 공급하는 단계와,

정밀여과기를 통해 처리된 여과수를 전기탈이온장치의 희석실을 통과시켜 정류기의 전기를 통해 탈이온된 처리수를 배출시키는 단계와,

상기 전기탈이온장치의 희석실을 이용하여 복수중의 이온성분을 탈염하는 것과 동시에 농축수저장탱크 내의 탈염수를 농축수승압펌프를 이용하여 전기탈이온장치의 농축실로 순환시킴으로써 복수중의 이온성분을 농축하는 단계와,

상기 전기탈이온장치에 연결된 에너지회수장치에서 농축수의 여압을 회수하는 단계와,

상기 전기탈이온장치의 전극수를 전극수탈기장치를 이용하여 탈기한 후 농축수저장탱크로 순환시키는 단계와,

상기 농축수저장탱크의 농축수를 열교환기로 공급하여 농축수의 수온을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수탈염 방법.
제6항에 있어서, 상기 농축수저장탱크 내의 농축수를 농축수정화장치에서 처 리하여 농축수의 수질을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수탈염 방법.
제7항에 있어서, 상기 농축수정화장치는 전기탈이온장치 또는 역삼투압장치인 것을 특징으로 하는 복수탈염 방법.
삭제
제6항에 있어서, 상기 전기탈이온장치의 농축실에 인입되는 농축수의 압력은 희석실 복수의 압력보다 0.5~10kgf/cm² 정도 낮은 것을 특징으로 하는 복수탈염 방법.